Marcação a laser de poliestireno e HIPS: embalagens, eletrodomésticos e descartáveis

Marcação a laser de poliestireno e HIPS: embalagens, eletrodomésticos e descartáveis

Principais conclusões

• O anel aromático faz o poliestireno carbonizar com facilidade: obter uma marca é fácil.
• A janela de processo estreita é o verdadeiro problema, porque o ponto de amolecimento é baixo.
• O HIPS acrescenta uma fase de borracha que se degrada antes do estireno, ampliando o risco de descoloração.
• Paredes finas se deformam antes de marcar, a menos que a energia seja controlada com rigor.

O poliestireno raramente aparece nas discussões sobre marcação a laser, o que é curioso, dada a quantidade dele que passa pela produção todos os dias: embalagens de alimentos, material de laboratório descartável, revestimentos de eletrodomésticos, brinquedos, embalagens de cosméticos e carcaças eletrônicas. O motivo provável é que ele é visto como um material commodity para o qual marcar não é um desafio técnico. Obter uma marca é, de fato, fácil. Obter uma boa em uma peça de parede fina, não.

Por que ele marca com facilidade e mal

O poliestireno tem um anel de benzeno em carbonos alternados da cadeia principal. Esse conteúdo aromático lhe dá um alto rendimento de carvão, de modo que a carbonização ocorre com facilidade e uma marca escura surge com energia modesta, ao contrário das poliolefinas alifáticas, que despolimerizam em voláteis e precisam de um aditivo para laser.

A dificuldade é que o poliestireno também tem baixa transição vítrea, em torno de 100°C, e baixa condutividade térmica. A energia suficiente para carbonizar a superfície está próxima da energia suficiente para amolecê-la e deformá-la, e o calor não se dissipa por condução. Em uma parede termoformada de 0,3 mm, a peça se deforma, afunda ou perfura enquanto a marca ainda está se formando.

As variantes e como se diferenciam

Controle do processo em paredes finas

• Reduza a energia e aumente a velocidade ao mesmo tempo. O objetivo é uma alteração superficial rasa, não profundidade. Comece bem abaixo do ponto em que uma resina de engenharia comparável começaria.
• Reduza a largura de pulso onde uma fonte MOPA permitir. Pulsos curtos depositam a energia e saem antes que o calor conduza para dentro da parede.
• Use altas taxas de repetição, para que pulsos sobrepostos construam uma marca uniforme a partir de muitas pequenas contribuições, e não de poucas grandes.
• Apoie a peça. Uma parede fina termoformada sem apoio atrás da marca afunda; um dispositivo de apoio elimina a maioria dos problemas de deformação sem custo de processo.
• Mantenha as marcas longe de seções finas e raios, onde se concentram a deformação e as trincas.
• Fique atento à trinca tardia no GPPS, que é frágil o bastante para que a tensão térmica inicie uma trinca que se propaga depois.

A sensibilidade química merece atenção

O poliestireno está entre os polímeros comuns mais suscetíveis ao fissuramento sob tensão ambiental, atacado por uma ampla gama de produtos químicos orgânicos. A marcação acrescenta tensão térmica local, e agentes de limpeza, óleos alimentares, fragrâncias e o conteúdo de cosméticos fornecem a metade química da combinação.

Onde uma peça marcada de poliestireno encontrar qualquer um desses agentes, e embalagens e cosméticos quase sempre encontram, a qualificação deve testar amostras marcadas e sob tensão contra o conteúdo e a química de limpeza reais, e não corpos de prova planos sem marca.

Contato com alimentos e aplicações descartáveis

Grande parte da produção de poliestireno vai para embalagens de alimentos, copos, talheres e material de laboratório descartável, o que acrescenta uma dimensão regulatória que a maior parte da marcação de resinas de engenharia não tem:

• A marcação a laser não adiciona nenhuma substância, e essa é sua principal vantagem aqui. Onde uma tinta ou etiqueta exigiria evidência de conformidade para contato com alimentos de cada componente, uma marca a laser não introduz nada novo na avaliação.
• Um aditivo para laser reverteria essa vantagem. Como o poliestireno marca bem sem ajuda, raramente há motivo para incorporar um, e fazê-lo em uma peça em contato com alimentos significa documentar seu status regulatório.
• A posição da marca importa em superfícies de contato direto. Marcar o lado de fora de um recipiente, e não a face em contato com o alimento, evita a questão por completo e geralmente é possível.
• Os produtos de decomposição são captados, não consumidos, mas a exaustão ainda precisa ser adequada: a marcação de estirênicos produz fumaça perceptível em relação à pequena quantidade de material envolvida.

Solução de problemas em marcas de estirênicos

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Perguntas frequentes

O poliestireno precisa de aditivo para laser?

Normalmente não. O anel aromático na cadeia principal dá um alto rendimento de carvão, de modo que o poliestireno carboniza com facilidade e produz uma marca escura com energia modesta, sem nenhum aditivo. O problema de engenharia é o inverso do das poliolefinas: a energia precisa ser contida, porque o ponto de amolecimento é baixo e o material se deforma em ajustes próximos aos que o marcam.

Por que peças finas de poliestireno se deformam ao serem marcadas?

Baixa transição vítrea combinada com baixa condutividade térmica. O calor que se dissiparia por condução em uma resina de engenharia permanece local, e a energia necessária para carbonizar a superfície está próxima da que amolece a parede. Em uma seção fina termoformada, a peça afunda ou perfura enquanto a marca ainda se forma. Pulsos mais curtos, maior velocidade e um dispositivo de apoio resolvem a maior parte do problema.

Como o HIPS difere do poliestireno de uso geral na marcação?

O HIPS contém uma fase de borracha de butadieno para dar resistência ao impacto, e essa borracha se degrada em temperatura menor que a do estireno. O resultado é uma maior tendência a amarelar e a deixar um halo descolorido além da marca pretendida. O GPPS é mais limpo nesse aspecto, mas bem mais frágil, de modo que a tensão térmica pode iniciar trincas em seções finas.

O poliestireno expandido pode ser marcado a laser?

Na prática, não. A espuma colapsa sob o calor em vez de desenvolver uma marca, e por isso a identificação em EPS normalmente é aplicada em uma etiqueta ou em um material de revestimento rígido. Tentar também produz muita fumaça em relação à pequena quantidade de material sólido envolvida.

O que deve ser testado antes de liberar uma peça de poliestireno marcada?

A compatibilidade química em amostras marcadas e sob tensão. O poliestireno está entre os polímeros comuns mais suscetíveis a fissuramento sob tensão, e a marcação acrescenta tensão térmica local, enquanto o conteúdo da embalagem, óleos alimentares, fragrâncias e agentes de limpeza fornecem o agente químico. Testar corpos de prova planos sem marca elimina exatamente a interação que causa falhas em campo.

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